濺射法制備的Co薄膜的微結(jié)構(gòu)、磁性及微波磁性研究.pdf

1、鐵磁性薄膜由于在獲得高磁導(dǎo)率和制備方面優(yōu)于傳統(tǒng)的微波鐵氧體薄膜而在集成化微磁器件、抗電磁干擾及新型雷達(dá)波吸收材料研究中受到了廣泛和高度的重視，因而成為微波磁性材料研究的熱點(diǎn)。 鐵磁性金屬Co具有高的飽和磁化強(qiáng)度、強(qiáng)的磁晶各向異性能、高的居里溫度以及極小的磁滯伸縮系數(shù)，所以鐵磁性Co薄膜可在GHz微波頻段獲得高的磁導(dǎo)率而有望成為微波磁性材料。但目前對(duì)Co膜的研究?jī)H限于物理基礎(chǔ)和磁性研究，尚未有關(guān)于Co膜的磁性及微波磁性的綜合研究。

2、據(jù)此，本論文的目的就是以Co薄膜為研究對(duì)象，研究其結(jié)構(gòu)、磁性及微波磁性，為Co薄膜作為微波磁性材料提供實(shí)驗(yàn)與理論依據(jù)。 本文中，采用我們提出的弱磁控射頻濺射法在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下制備出了不同結(jié)構(gòu)的面內(nèi)單軸磁各向異性Co系列薄膜。利用XRD和TEM獲得薄膜的基本結(jié)構(gòu)特征：利用VSM測(cè)量了薄膜的靜態(tài)磁性；采用微帶傳輸線微擾法，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量了0.1-5GHz頻率范圍內(nèi)薄膜的微波磁性。主要結(jié)論如下： 1.在射頻功率為60W、濺射壓

3、強(qiáng)PAr在1.0Pa-2.0Pa的條件下，制備出了面內(nèi)單軸磁各向異性非晶Co薄膜。 (1)XRD結(jié)果：所有Co薄膜XRD譜線為典型的非晶結(jié)構(gòu)的漫散射非晶包；隨著PAr從1.0Pa升至2.0Pa，非晶包向著2θ的低角度方向移動(dòng)，并且非晶包的寬度增加。這說(shuō)明隨著PAr的升高，非晶Co膜中Co原子間的距離增大，非晶Co膜無(wú)序度增加，非晶Co膜中的自由體積增大。 (2)VSM測(cè)量結(jié)果：由于不存在磁晶各向異性，所有Co薄膜表現(xiàn)出軟

4、磁性；所有Co膜具有強(qiáng)的面內(nèi)單軸磁各向異性，并且單軸磁各向異性場(chǎng)Hk和單軸磁各向異性能Ku隨PAr的升高而增強(qiáng)。 (3)微波磁性測(cè)量結(jié)果：Co膜的磁譜為共振型；磁導(dǎo)率實(shí)部μ'最高達(dá)400，虛部μ"最高達(dá)700；自然共振頻率fr達(dá)3GHz以上，自然共振峰半高寬FWHM最大達(dá)1.3GHz。這說(shuō)明面內(nèi)單軸磁各向異性非晶Co膜可作為GHz微波磁性材料應(yīng)用于高頻傳感器件或微波吸收。 2.在射頻功率為80W，PAr在1.0Pa-0.

5、1Pa的條件下，制備出了不同結(jié)構(gòu)的Co薄膜。 (1)XRD和TEM結(jié)果：隨著PAr的降低，Co膜中非晶相逐漸減少，結(jié)晶相逐漸增多。在壓強(qiáng)為0.1Pa時(shí)，Co膜晶化為納米晶薄膜，Co膜中的晶粒由hcp-Co和fcc-Co兩相組成，晶粒尺寸為5-7nm。 (2)VSM測(cè)量結(jié)果：所有Co膜具有強(qiáng)的面內(nèi)單軸磁各向異性；Co膜的易軸矯頑力Hce隨PAr的減小而降低。由于晶粒間的鐵磁交換耦合作用，0.3Pa和0.1Pa下制備出的Co

6、薄膜顯示軟磁性。 (3)微波磁性測(cè)量結(jié)果：納米晶軟磁性Co膜的磁譜為共振型磁譜；μ'最大值約為150，μ"最大值超過(guò)300；fr為3.3GHz，F(xiàn)WHM約為1.3GHz。這表明納米晶Co膜可作為GHz頻段微波吸收材料。 3.在射頻功率為80W，PAr在0.1Pa的條件下，制備出了厚度為50nm，75nm，100nm的面內(nèi)單軸磁各向異性納米晶Co薄膜。 (1)XRD和TEM結(jié)果：XRD顯示Co膜為納米晶薄膜，BF像

7、顯示晶粒尺寸為7nm；電子衍射花樣顯示Co膜由hcp相和fcc相兩相組成，納米晶Co薄膜的結(jié)構(gòu)隨Co膜厚度的變化而變化。 (2)VSM測(cè)量結(jié)果：所有Co膜具有強(qiáng)面內(nèi)單軸磁各項(xiàng)異性，風(fēng)隨薄膜厚度的升高而略有降低；Co薄膜的矯頑力Hc隨著Co膜的厚度增加而降低。 (3)微波磁性測(cè)量結(jié)果：Co膜的自然共振線寬FWHM隨膜厚增加而減小，F(xiàn)WHM從50nm.的1.5GHz降至100nm的1.0GHz。這說(shuō)明Co膜的FWHM寬度FW